便攜式太陽能供電供暖裝置的設計

馬曉慧 尤德山 祁永來 郭佳楠

關鍵詞：便攜式;太陽能裝置;供電供暖

隨著“碳達峰、碳中和”戰略，我國太陽能供熱采暖技術已在開發試點、系統規模、技術方法進行了實踐與探索。西藏、北京等地的太陽能供熱采暖示范工程以村鎮分布式太陽能供熱為特色，取得了一定的節能效益，但存在冬、夏季采暖集熱不平衡、供暖系統保證率低[3]、恒溫控制難度高的問題，為改善該情況，提高太陽能供暖技術的穩定性能，常需要搭配輔助能源互補供熱系統，便攜式太陽能供暖及供電系統的開發是基于實際生活開發，以改善可遷移式小型住所供暖及供電條件為目標，開發搭建出一套包含集熱、蓄熱、傳熱和補償熱量的太陽能供暖及供電便攜式裝置，滿足可拆裝性強、便攜遷移、供熱效果良好等應用要求。

1 總體設計

太陽能供暖系統是由集熱器、蓄熱器、傳熱設備、輔助加熱裝置和控制系統組成，水以其良好熱傳導和經濟性配為傳熱媒介，考慮到本課題對便攜式的核心要求，各環節設計過程中要充分滿足良好的可拆裝性和高效的熱轉換性。

總體設計如圖1 所示。

2 技術路線

基于上述理論，本節將圍繞集熱器面積、蓄熱器水箱體積及輔助加熱功率進行測算，從而驗證本項目的實際可行性。

根據《太陽能供熱采暖應用技術手冊》[4] 的規定，直接式太陽能集熱器面積公式如1 所示，具體參數見表1。

（2）蓄熱器水箱的計算

選擇水作為儲熱的介質，主要利用其顯熱值儲熱。水箱的儲熱量為非供暖季太陽能集熱器集得的有效能，儲熱量計算公式[4] 如2 所示。

3 硬件設計

本設計硬件部分包括太陽能光伏板、太陽能集熱器、旋轉平臺、電加熱器、水箱、控制閥、蓄電池、伸縮桿、傳熱板等，控制系統的硬件部分主要采用AT89C51 單片機、PCF8591 模塊、W172DIP-37 模塊和LCD12864A 顯示模塊等。

外觀設計圖如圖2 所示。

4 軟件仿真

本設計軟件部分主要包括溫度的檢測、加熱器的啟停、蓄電池的實時電壓電流測量、LED 顯示等。具體控制流程如圖3 所示。

通過在Proteus 軟件上進行仿真設計，選擇能夠實現當檢測水溫為35 ℃時，啟動加熱電磁閥，且采集實時電壓并在LCD12864A 顯示屏上顯示，如圖4 所示。

5 結論

本設計以改善可遷移式小型住所供暖及供電條件為目標，通過容量計算、硬件設計與軟件仿真，驗證了便攜式太陽能供暖及供電系統的可行性，該系統滿足可拆裝性強、便攜遷移、供熱效果良好等應用要求，為臨時性住所的節能減排和能源轉換，提供理論依據。